[发明专利]基于PIV的混合液体的流场和浓度测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及一种基于PIV的混合流体的流场和浓度测量装置，及使用该装置测量流场或浓度的方法。

背景技术

目前，测量液体流场的方法有：(1)比托管测速法，采用比托管按照能量守恒定律测量速度，具有结构简单，使用方便，测量精度高，稳定性好等优点；(2)热线/热膜测速法，利用热平衡原理来测量流体的平均速度和脉动速度，具有惯性小，频率响应宽，灵敏度高，对流场干扰小的优点；(3)LDV(Laser Doppler Velocity)激光多普勒及相关技术，应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速，具有线性特性与非接触测量的优点；(4)PIV(Particle Image Velocimetry)技术，又称粒子图像测速法，作为一种非接触式的测量方法，可在同一时刻记录下整个流场的有关信息，具备单点测量技术的精度和分辨率，又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像。目前采用PIV技术测量流场的比较多，但是均有比较强的针对性，如北京航空航天大学发明的一种叶轮机械内部流场测量方法，专门针对叶轮机械内部流场的测量，专利号为CN1700019A；在浙江大学石惠娴的博士论文“循环流化床流动特性PIV测试和数值模拟”中，采用自行构建的PIV系统对循环流化床冷态流场进行了试验研究，获得了不同工况下气固两相流动特性；Christian Drumm和Mark W在AIChE Journal中公开了一种工业比例转盘接触器的数值模拟和PIV测量方法，采用了由CaCl₂和水组成的吸盘的光感系统，利用两相PIV测量方法测量了工业比例转盘接触器的局部湍动耗散率。

另外，国内外有很多种测量溶液浓度的方法。常用的几种测量浓度方法有以下几种：(1)滴定法，通过化学分析的方法得到溶液的浓度；(2)比重计测浓度法，通过比重计测量溶液的密度，然后采用换算的方法得到溶液的浓度，是一种间接测量的方法；(3)折射计法，根据光的折射定律测量液体折射率，再由折射率进一步求得液体浓度，该方法简捷，准确度较高；(4)超声波测量法，利用溶液中声波的传播速度与溶剂的浓度有密切的关系，测量超声波的声速，并根据声速和浓度的关系，测量出溶液的浓度。除上述的方法以外，还可以利用PIV系统结合LIF(Laser Induce Fluorescene，激光诱导荧光)技术来测量混合液体的浓度，该方法的关键在于捕获荧光和过滤掉被称为“噪声源”的激发光，利用在浓度不高时，光吸收现象很弱并且局部浓度由发射荧光来决定的理论，采用下面的公式：

C=≈FαC·E0]]>

根据公式知道，测量溶液的浓度与荧光的强度成正比，从而根据荧光的强度直接得到溶液的浓度。目前PIV系统结合LIF技术的测量方法主要在国外报道比较多，但有较强的针对性。如：日本东京海洋研究所Atsuhide Kitagawa采用PIV和LIF技术测量了垂直管和水平通道中微气泡的湍动结构；A.Fujiwara在期刊《Experiments in Fluids》中公开了采用PIV和LIF技术研究单维空间气泡附近的流动结构和两维空间中气泡变形的测量方法。而在国内采用PIV系统结合LIF技术测量浓度的报道比较少。

目前还没有见到基于PIV技术的既能测量流场又能测量浓度的装置及方法的相关报道

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于PIV的混合液体的流场和浓度测量装置，通过该装置既可以实现多种液体以不同流量在不同位置混合的流场测量，又可以实现混合液体以不同流量和不同初始浓度在不同位置进行混合后的浓度测量；

本发明的另一目的在于提供采用上述基于PIV的混合液体的流场和浓度测量装置的测量混合液体流场的方法；

本发明的再一目的在于提供采用上述基于PIV的混合液体的流场和浓度测量装置的测量混合液体浓度的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于PIV的混合液体的流场和浓度测量装置，包括主水箱、实验箱体、缓冲罐、储水箱及PIV系统；